حصل الدكتور أحمد عبدالكريم الطعاني من قسم علوم الأرض والبيئة على براءة اختراع دولية في تثبيت النيتروجين الجوي على سطح ثاني اوكسيد التايتينيوم وقد حصل على هذه البراءة من مكتب براءات الاختراع والعلامة التجارية للولايات المتحدة الأمريكية.
ويستند هذا الاختراع على اكتشاف آلية جديدة لتثبيت النيتروجين الجوي إلى نترات عند معالجة ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO2) حرارياً بوجود الهواء وفي غياب الضوء (لا تشمل تفاعلات كيموضوئية). وعملية "تثبيت النيتروجين" هي العملية التي من خلالها يتم تحويل النيتروجين الجوي (N2) إلى الأمونيا (NH3) أو نترات (NO3). وعلى الرغم من أن الغلاف الجوي يحتوي 78٪ نيتروجين ويعتبر عنصراً غذائياً رئيسياً للكائنات الحية، الا انه غير متاح لانه غاز خامل نسبيا. ولذا يجب تثبيت النيتروجين للاستفادة منه و يتم ذلك من خلال عملية طبيعية أو بشرية. فبالإضافة إلى انه مكون لـDNA و RNA والأحماض الأمينية في البروتينات، فالنيتروجين مهم للزراعة وإنتاج الأسمدة.
ويشكل التثبيت البيولوجي (الحيوي) للنيتروجين حوالي 65٪ من النيتروجين الذي يتم تثبيته في العالم سنويا، في حين ان الأسمدة النيتروجينية المنتجة صناعيا، وبشكل رئيسي بطريقة هابر-بوش (Haber-Bosch)، تمثل 25٪ من إجمالي تثبيت النيتروجين السنوي. وتعتبر عملية هابر-بوش ذات تكلفة تشغيلية عالية نسبيا، وتعمل في درجات حرارة و ضغط عاليين نسبيا ، كما انها تعتمد على مصادر الطاقة غير المتجددة والمتناقصة.
وقد تم التحقق من النترات المتكون خلال هذه العملية بتحليل تركيب النظائر المشعة لمكونات النترات المنتجة (δ18O وδ15N) وتم الحصول على بصمة النظائر مميزه عن النترات المثبت حيوياً او ضوئياً.
ومن التطبيقات العملية الهامة لهذه العملية الواعدة هو امكانية توظيفها لانتاج الأسمدة تجاريا، خاصة وأنها غير مكلفة نسبيا، و رفيقة بالبيئة، بالاضافة الى ان ثاني أكسيد التيتانيوم القابلة لإعادة الاستخدام مرات عديدة لإنتاج كميات كبيرة من الأسمدة. وبالإضافة إلى ذلك، فإن هذه العملية هي غير سامة مما يجعلها أكثر أمانا في الاستخدام من المحفزات (catalysts) التي تستخدم عادة في عملية هابر-بوش (حيث تعتبر عملية هابر-بوش في الوقت الحاضر الطريقة غير البيولوجية الوحيدة المتاحة التي تستخدم تجاريا لانتاج الاسمدة).
ويمكن انتاج النترات بهذه الطريقة باستخدام درجات حرارة منخفضة، بين 50 و200 مئوية، مما يجعلها أكثر كفاءة من الطرق التقليدية.
ولهذه الطريقة المكتشفة للتثبيت غير العضوي للنيتروجين لتكوين النترات اهمية علمية حيث تقد تفسيراً جزئيا لظاهرة وجود مستويات عالية من نترات الطبيعي المكتشفة في ترب الأرضي القاحلة، حيث يعتبر TiO2 أحد المكونات الشائعة للتربة وخاصة الجافة، حيث يمكن إنتاج نترات عن طريق التسخين بأشعة الشمس المباشرة، وتم رصد تكون النترات عند درجة حرارة (50 مئوية)، و هي درجة حرارة متاحة في المناطق الجافة بفعل تسخين الشمس. ومن الجدير ذكره إلى أن كميات ضخمة من النترات تم العثور عليها في الأراضي القاحلة النائية في مناطق مختلفة من العالم، والتي شكلت لغزاً محيراً للعلماء حول اسباب والية وجودها، بما في ذلك ما قمت باكتشافه انا ود. خلدون القضاة مؤخرا في البادية الشمالية الشرقية الأردنية).
وسيتم توصيف تكنولوجيا النانو في صناعة رقائق نانوية من من TiO2 لتقليل الكميات المستخدمة من TiO2 وزيادة الكميات المنتجة من النترات للاستخدام التجاري (الأسمدة). ولدى هذه العملية إمكانات واعدة لتحل محل التقنيات التقليدية المستخدمة حاليا في إنتاج الأسمدة خصوصا وأن هذه الطريقة غير مكلفة نسبيا، امنة و رفيقة بالبيئة بالاضافة الى ان TiO2 قابل لإعادة التدوير والاستخدام.
